006년도일반화학 중간고사 (006년 월 19 일) 이름: 학번: 학과: 시험시간 : 6:00 PM - 8:00 PM 휴대전화는끌것. 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음. 답은각문제에주어진네모안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음. 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 실험에필요한상수나데이터는맨뒤에있음. 문제수 : 11 Page 수: 5 만점:353점 1. 알루미늄 (Al) 은면심입방격자 (FCC) 의결정구조를가진다고알려져있다. 알루미늄결정의밀도와원자반경을정확히구하기위하여 X-선회절실험을하였다. 다음에답하라. 4x 밀도.7g/cm 3 밀도.7 g/cm 3 (f) 알루미늄의원자반경 (r) 은? ( 알루미늄원자들끼리는서로접촉하여있다.) (a) Bragg 의식을써라. n λsinθ 4r (b) 파장 ( λ) 이 1.54A 인 X-선을사용하여알루미늄결정에대하여 X-선회절실험을하니 θ 6.1 o 에서다음그림의두면사이에서의간섭에의한 X- 선신호가측정되었다. 는얼마인가. (n1 이라고가정하고 Bragg의식을적용하면됨. 왼쪽그림은 FCC 의단위세포를나타낸것임. 왼쪽그림과오른쪽그림의 는동일한것임.) (4r) r 왼쪽그림으로부터 x4.04a 1.43A r1.43 A 점선으로이루어진두삼각형평면사이의거리. 5.00 g 의소듐 (Na) 조각을물 50.0 g 과얼음 50.0 g 이섞여있는얼음물 ( 물과얼음의온도는모두 0 o C) 에조심스럽게넣었다. 소듐은물과반응하여다음과같이 NaOH와 H 를만든다.(x440 점) A 1.75A Na(s) + H O(l) NaOH(aq) + H(g) ΔH -368 kj ( 주의: mol 의 Na가반응하였을때의 ΔH 를나타냄) 1.75 A (c) 알루미늄결정의단위세포에서한변의길이 () 는? 얼음은모두녹을것인지, 최종온도는얼마일지를다음의순서에의하여풀어라. (a) 발생하는열량은? 4 Na 5.00 g 위반응식으로부터 0.17mol 단위세포에서대각선의길이는 4 이므로 발생하는열량 368kJ/mol x 0.17 mol 39.9 kj (4) 3 따라서 A 4.04A (b) 얼음이모두녹기위하여필요한열량은? 39.9 kj 4.04 A () 알루미늄결정의단위세포안에는알루미늄원자가몇개있는가? 얼음 50.0 g.77mol (e) 알루미늄결정의밀도는? 4 개 0 o C 얼음을모두녹이기위하여필요한열량.77 mol x 6.0 kj/mol 16.7kJ 단위세포의부피 3 (4.04A ) 3 (4.04x -8 cm) 3 6.59x -3 cm 3 단위세포안의알루미늄의질량 16.7 kj
(c) 발생하여사라진 H 기체의질량은? (a) 에서 Na의 mol수는 0.17 mol. 따라서발생한 H 의 g 수 0.17 mol/ x.016 g/mol 0.19 g (f) 물- 프로판올용액, 물, 프로판올세가지중에서끓는점의온도의순서가 맞는것은? 다음에서골라라. 답 : e 0.19 g a. 물- 프로판올 > 프로판올 > 물 b. 물- 프로판올 > 물 > 프로판올 c. 프로판올> 물- 프로판올 > 물. 프로판올> 물 > 물-프로판올 e. 물> 프로판올 > 물-프로판올 f. 물> 물- 프로판올 > 프로판올 () 최종혼합물의열용량을 4.18 J/g o C 라고하면최종온도는? ( 주의, 수소기체는사라졌음 ) 최종혼합물의질량 (5.00 + 50.0 + 50.0-0.19) g 4.8 g 얼음을모두녹이고남은열량 39.9 kj - 16.7 kj 3. kj 4. MgCl 와 NaCl 로이루어진고체혼합물이있다. 이고체혼합물 0.500 g 을물에녹여 1.000 의수용액을만든후 0.0 o C 에서삼투압을측정하였더니 0.3950 atm 이었다. 고체혼합물속의 MgCl 의질량백분율은얼마인가계산하여보자.( 이상용액으로가정하라) (a) 용액속에존재하는용질의총 mol 수는얼마인가? q ΔTxCxm ΔT q/ (C x m) 3. kj / (4.18 J/g o C x 4.8 g) 53.0 o C 따라서최종온도는 53.0 o C. M 1.64x- mol/ 53.0 o C 즉, 1.000 용액속에존재하는용질의총 mol 수는 1.64 x - mol. 3. 물- 프로판올(CH CH CH OH) 의몇가지조성이다른용액의증기압을측정하여 45 o C 에서다음의자료를얻었다. HO ( 물의몰분율) 증기압 (torr) 0 74.0 0.15 77.3 0.37 80. 0.54 81.6 0.69 80.6 0.83 78. 1.00 71.9 1.64 x - mol (b) 고체혼합물속의 MgCl 의질량백분율은얼마인가? 고체혼합물이 MgCl n mol, NaCl m mol 로이루어져있다면 MgCl (aq) Mg + (aq) + Cl - (aq) NaCl (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) 이므로 (a) 45 o C 에서순수한물의증기압은? 71.9 torr 용액속의용질의 mol 수는 3n + m 1.64 x - (b) 45 o C 에서순수한프로판올의증기압은? 74.0 torr (c) 물-프로판올용액이이상용액이라고하면 프로판올 ( 프로판올의몰분율) 0.400 일때용액의증기압은? 고체혼합물속에 MgCl 가 w g 있었다고하면 NaCl 은 (0.500 - w) g 존재한다. nmol mmol P total 프로판올 P o 프로판올 + 물 P o 물 0.400 x 74.0 torr + 0.600 x 71.9 torr 7.7 torr 3n + m 3 x +x 0.03151 w + 0.01711-0.034 w 0.0164 1.64x- 따라서 w 0.5 7.7 torr () 물과프로판올사이의인력은순수한물사이또는순수한프로판올사이의인력보다큰가, 작은가, 같은가? 즉MgCl 가 0.5 g 존재 따라서질량백분율 0.5g/0.500gx0%50% 작다. (e) 물- 프로판올용액의용해열 ( ΔH soln ) 은음, 양, 0 중어는것인가? 양 50 %
5. 수용액상에서과산화수소 (H O ) 의분해반응에대하여속도식을결정하기위하여시간에따른 H O 의농도를조사하였다. H O (aq) H O(l) + O (g) (c) 위반응에설명할수있는적분속도식을적어라. ( 속도상수는 k 로표시) ln[h O ]-kt+ln[h O ] 0 또는 ln[h O ]-kt () 속도상수 k 의값은? ( 단위도표시) 속도 (Rate) - 시간 (sec) [H O ](mol/) 0 1.00 0.91 300 0.78 600 0.59 0 0.37 1800 0. 400 0.13 3000 0.08 3600 0.050 k- 기울기 - 8.33x-4 s -1 (e) 이반응의반감기는몇초인가? k 8.33 x -4 s -1 (a) 다음의빈칸에 ln[h O ] 값과 1/[H O ] 값을계산하여적어넣고주어 진그래프용지위에 ln[h O ] 대시간, 1/[H O ] 대시간을 로표시하여 라. 시간 (sec) [H O ] (mol/) ln[h O ] 1/[H O ] 0 1.00 0.00 1.00 0.91-0.094 1.1 300 0.78-0.5 1.3 600 0.59-0.53 1.7 0 0.37-0.99.7 1800 0. -1.51 4.5 400 0.13 -.04 7.7 3000 0.08 -.50 1. 3600 0.050-3.00 0.0 0.0 ln([h O ] 0/) -kt 1/ +ln[h O ] 0 ln(1/) -kt 1/ t 1/ ln(1/)/(-k) 0.693/k 0.693/(8.33 x -4 s -1 )83s t 1/ 83 s 6. 어떤반응 A + B C + D 에대한활성화에너지는 50.0 kj/mol 이다. 이반응에대하여촉매를사용하여실험하여보니속도상수가.50 x 3 배증가하였다. 잦음률 (frequency factor) 은촉매사용전후변화가없다고하면촉매사용시의활성화에너지는얼마인가?( 온도는 37 o C 로가정) ln[h O ] -0.5-1.0-1.5 -.0 -.5 kae -Ea/RT e -(Ea(cat) - Ea) / RT.50x 3 ln( ) -3.0 0 500 00 1500 000 500 3000 3500 4000 time (sec) E a(cat) E a -RTxln( ) 50.0 kj/mol - 8.314 J/(mol K) x (73 + 37)K x ln(.50 x 3 ) 50.0 kj/mol - 0. kj/mol 9.8 kj/mol 0 15 1/[H O ] 5 0 0 500 00 1500 000 500 3000 3500 4000 time (sec) (b) 위반응에설명할수있는속도식 ( 미분속도식) 을적어라. ( 속도상수는 k 로표시 ) - k[h O ] 9.8 kj/mol
7. 5 o C 에서다음반응의평형상수는 K 1. 이다. HOCl(g) H O(g) + Cl O(g).0 용기에 1.00 mol HOCl(g) 를넣었다. 그리고 분후 (t min) 에평형에도달하였다. 그후 분후 (t 0 min) 에갑자기용기의부 피를반으로줄였다. 그리고나서다시 분후 (t 30 min) 에평형에도 달하였다. HOCl, H O 와 Cl O 의농도의변화를나타내는그래프를그려 보자. (a) t 0 min 에서 HOCl, H O 와 Cl O 의농도는? [HOCl] 0.0 M, [H O] 0 M, [Cl O] 0 M (b) t min 에서 HOCl, H O 와 Cl O 의농도는? HOCl(g) H O(g) + Cl O(g) initial 0.0 M 0 0 eq 0.0 -x x x [ H O][ ClO] x K 1. [ HOCl] (0.0 x) x 1. 1.05 0.0 x x 0.5.x x 0.0339 (3.39 ) 따라서 [HOCl] 0.0 - x 0.0339 0.03 M [H O] 0.0339 M [Cl O] 0.0339 M (e) t 0 min에서 t 40 min 시간동안 HOCl, H O 와 Cl O 의농도변화를다음그래프위에나타내어라. Concemttration (M) 0.1 0.11 0. 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.0 0.01 0.00-0.01 0 0 30 40 Time (min) [H O ], [Cl O] [HOCl] 8. 다음은평형(equilibrium) 의여러가지정의들이다. 그정의들의이름이어떤것인지보기에서골라써라. A state of balance among a set of beliefs. Reflective equilibrium When a chemical reaction procees at the same rate as its reverse reaction, with no change in the amount of each compoun. Chemical equilibrium When internal processes of a system cause no overall change in temperature or pressure. Thermoynamic equilibrium When the sum of the forces an moments on each particle of a system is zero. Mechanical equilibrium [HOCl] 0.03 M, [H O] 0.0339 M, [Cl O] 0.0339 M (c) t 0 min 에서 HOCl, H O 와 Cl O 의농도는 ( 용기의부피를반으로줄인후 )? [HOCl] 0.064 M, [H O] 0.0678 M, [Cl O] 0.0678 M () t 30 min 에서 HOCl, H O 와 Cl O 의농도는? HOCl(g) H O(g) + Cl O(g) initial 0.064 M 0.0678 M 0.0678 M When internal processes change graually from one equilibrium state to the next. Quasistatic equilibrium 보기 (Physical Science) Thermoynamic equilibrium, Dynamic equilibrium, Chemical equilibrium, Mechanical equilibrium, Quasistatic equilibrium (Mathematics) Mathematical equilibrium (Biological Science) Punctuate equilibrium (Economics) Economic equilibrium, Static equilibrium (economics), General equilibrium, Patterson equilibrium (Game theory) Nash equilibrium (Ethics) Reflective equilibrium Q 1.1K 이미평형에도달. 따라서평형의이동이없다. ( 전체압력이증가하였으나반응식의양변에기체분자의수의같으므로 e Chatelier 의법칙에따르면압력에의한평형이동은없다.) [HOCl] 0.064 M, [H O] 0.0678 M, [Cl O] 0.0678 M
9. 약산인아세트산 (CH 3 COOH) 3.00 g 을충분한양의물에넣어녹였다. 평형에이른후에물속에서아세트산 (CH 3 COOH) 의형태로남아있는 양을보니 31.00 g 이었다. 이용액의 ph 를계산하여보자. (K a 1.8 x -5 ) (a) 이용액에서아세트산의해리백분율은얼마인가? 해리백분율 x 0 % x0% x 0 % 3.13 %. 다음각반응에서 ewis 의산과염기를구별하라. a. b. c. Fe 3+ (aq) + 6H O(l) Fe(H O) 3+ 6 (aq) CN - (aq) + H O(l) HCN(aq) + OH - (aq) HgI (s) + I - (aq) HgI - 4 (aq) ewis aci, base? ewis aci, base? a Fe 3+ aci H O base b CN - base H O aci c HgI aci I - base 3.13 % (b) 아세트산의처음농도는얼마인가? ( 아세트산 3.00 g 이녹았을때아세트산의농도 ) 처음농도를 YM이라고하면 CH 3 COOH(aq) H + (aq) + CH 3 COO - (aq) initial Y M ~ 0 0 eq (Y-x) M x M x M K 1.8 a + [ H ][ CH3COO ] x x [ CH COOH] Y x Y 그런데 x [ CH COO ] Y 3 x Y / 3.00 Ka 1.8 Y Y Y 1.8 3.00 1.8 3 1.00 3.00 이므로 11. 온도에따른 K w 값은다음과같다. 온도 ( o C) K w 0 1.14 x -15 5 1.00 x -14 35.09 x -14 40.9 x -14 50 5.47 x -14 (a) 물의자체이온화는발열반응인가, 흡열반응인가? 설명 : H O(l) H + (aq) + OH - (aq) K w [H + ][OH - ] 온도가올라감에따라평형이정반응쪽으로이동, 즉정반응쪽은 e Chatelier 의법칙에따르면온도가올라가는것에저항하는 ( 열을흡수하는) 방향 따라서흡열반응. [CH 3COOH] 0 1.8x - M 답 : 흡열반응 (b) 50 o C에서중성용액의 ph 는얼마인가? 중성용액에서 [H + ][OH - ] x K w 5.47x -14 x x[h + ].34x -7 M ph -log[h + ]-log(.34x -7 ) 6.631 [CH 3COOH] 0 1.8 x - M (c) 평형에이른후용액의pH 는? ph 6.631 [H + ]xyx 1.8x- x 5.6x-4 M ph -log[h + ]-log(5.6x -4 )3.5 ph 3.5 - 여러가지상수들 - Al 의원자량 6.98 amu 아보가드로의수 (Avogaro's number), N A 6.0x 3 /mol Na 의원자량.99 amu H 의원자량 1.008 amu O 의원자량 16.00 amu 얼음의녹음열 ( ΔH fus) 6.0 kj/mol R ( 기체상수) 0.0806 atm/(mol K) 8.314 J/(mol K) Mg 의원자량 4.31 amu Cl 의원자량 35.45 amu